許燕萍 劉一鳴
江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院
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項目教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用
許燕萍劉一鳴
江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院
文章針對單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀,提出了項目教學(xué)法及其在單片機(jī)課程中的應(yīng)用,并結(jié)合實(shí)例介紹了項目教學(xué)法的實(shí)施過程及取得的成效。
單片機(jī) Proteus軟件 項目教學(xué)
單片機(jī)課程是高等院校電類專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)課,包括兩方面的內(nèi)容:單片機(jī)的原理與單片機(jī)的應(yīng)用,這門課程對于學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)起著非常重要的作用,該課程理論性和實(shí)踐性結(jié)合較緊密,涉及的知識點(diǎn)多、難度大,如果沒有大量的實(shí)踐操作是不能學(xué)好這門課的,特別是對于??茖W(xué)校的學(xué)生來說,學(xué)習(xí)單片機(jī)感到很困難,難以理解,更加談不上運(yùn)用。
單片機(jī)課程涉及模擬電路、數(shù)字電路、程序設(shè)計、計算機(jī)等多門課程內(nèi)容,硬件和軟件都要求掌握,硬件電路除了要了解單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu),還要掌握與單片機(jī)接口的各種芯片及元器件;軟件編程則需要學(xué)生掌握編程語言,這相比于其他課程難度較大。現(xiàn)階段,在具體的教學(xué)過程中,多采用灌輸式教學(xué)為主,理論課教學(xué)以老師講、學(xué)生聽為主要形式;實(shí)驗(yàn)課教學(xué)是老師講完實(shí)驗(yàn)方法,學(xué)生按步驟操作。在剛開始的學(xué)習(xí)中,學(xué)生就普遍感到難學(xué),不容易理解,產(chǎn)生畏難情緒進(jìn)而放棄學(xué)習(xí),這樣導(dǎo)致教學(xué)效果及教學(xué)有效性差??偨Y(jié)分析原因如下:
(1)教師在課堂上按照教材的章節(jié)順序來授課,各知識點(diǎn)之間沒能有機(jī)地聯(lián)系起來,不能形成系統(tǒng)的概念,在剛開始介紹單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)時,因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部看不見摸不著,很難記憶與理解,學(xué)生就會覺得枯燥無味,繼而失去了學(xué)習(xí)興趣。
(2)學(xué)生聽得多做得少,動手機(jī)會少,所以即便理論考試成績不錯,但是要讓學(xué)生實(shí)際動手完成一個具體項目的設(shè)計,很多學(xué)生會無從下手。
(3)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性的小實(shí)驗(yàn)為主,脫離了實(shí)際的應(yīng)用,沒能和實(shí)際產(chǎn)品聯(lián)系起來,無法清楚了解單片機(jī)在一個控制系統(tǒng)中所起的作用。(4)教師隊伍年輕化,有些教師是直接從學(xué)校到學(xué)校,接觸實(shí)際工程項目的機(jī)會少,雖然理論知識掌握很好,但是教學(xué)過程中,理論聯(lián)系實(shí)際的能力一般,難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
正是由于這些原因,本來實(shí)際操作性很強(qiáng)且很有意思的課程,學(xué)生卻對它望而卻步,沒有學(xué)到什么技能,當(dāng)然也不能滿足企業(yè)的實(shí)際人才需求,因此,將項目教學(xué)法引入了單片機(jī)教學(xué)。
2.1單片機(jī)教學(xué)“項目”的形成
通過對企業(yè)進(jìn)行調(diào)研,了解相關(guān)企業(yè)對單片機(jī)技術(shù)人才的需求狀況,企業(yè)專家和教師經(jīng)過座談、討論共同確定課程的課程標(biāo)準(zhǔn)及面向的工作崗位,將本門課程相關(guān)的知識點(diǎn)進(jìn)行梳理、整合、教學(xué)內(nèi)容形成若干個教學(xué)項目,把每一個教學(xué)項目分解為若干個學(xué)習(xí)性工作任務(wù),最后形成以項目為導(dǎo)向、以任務(wù)為驅(qū)動、將理論知識傳授與能力培養(yǎng)融為一體的教學(xué)內(nèi)容。用具體工作任務(wù)來引領(lǐng)理論,使理論從屬于技能培養(yǎng)。教會學(xué)生如何完成具體的工作任務(wù),關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)束之后能做什么,而不是知道什么,知識與技能的學(xué)習(xí)結(jié)合具體工作任務(wù)的完成過程來進(jìn)行。
課前把項目設(shè)計任務(wù)書給學(xué)生,讓學(xué)生根據(jù)任務(wù)書搜集資料,分析具體需要哪些接口芯片與元器件,初步了解新接觸到的元器件,又需要什么樣的軟件開發(fā)平臺等,對具體任務(wù)有個初步的認(rèn)識。課上首先提出項目具體任務(wù)及目標(biāo),接著分析如何完成本次任務(wù),分析過程中可以設(shè)計一些開放性問題,讓學(xué)生主動思考,然后對完成本次任務(wù)需要用到的知識點(diǎn)進(jìn)行講解。之后,學(xué)生分組討論出具體的實(shí)施方案后學(xué)生動手實(shí)踐,包括硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計、軟硬件聯(lián)調(diào)。在學(xué)生實(shí)踐過程中,教師巡視并指導(dǎo)。最后進(jìn)行成果展示與交流、項目考核與總結(jié)。
在這一過程中,以學(xué)生為中心,以真實(shí)項目為載體,引導(dǎo)學(xué)生邊做邊學(xué),在實(shí)踐中學(xué)習(xí),讓學(xué)生學(xué)會思考,學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,鍛煉動手能力,也提高了學(xué)習(xí)的積極性。動手環(huán)節(jié)除了采用Proteus軟件和Keil軟件相結(jié)合的仿真方式外,讓學(xué)生充分利用實(shí)驗(yàn)室已有的硬件條件來制作并調(diào)試實(shí)際的電路。
現(xiàn)就項目四中的一個子任務(wù):“數(shù)字電壓表設(shè)計與實(shí)現(xiàn)”討論單片機(jī)項目教學(xué)的具體實(shí)施過程。
(1)設(shè)計目標(biāo)。以多媒體或者實(shí)物作品的形式展示設(shè)計目標(biāo),學(xué)生有感官認(rèn)識,并能夠產(chǎn)生興趣。本任務(wù)目標(biāo):使用AT89C51單片機(jī),采用動態(tài)顯示的方式,把8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0808采樣的電壓值的大小經(jīng)單片機(jī)處理后由數(shù)碼管顯示出來,量程為0~5V,精度能顯示小數(shù)點(diǎn)后兩位。
(2)方法分析和相關(guān)知識點(diǎn)講解。此項目中涉及到了模數(shù)轉(zhuǎn)換、顯示接口,教師可以引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)思實(shí)現(xiàn)方法,比如顯示是使用數(shù)碼管還是LCD等,然后教師講解模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)、信號引腳以及與單片機(jī)接口,以及在完成過程中的一些注意事項。
(3)學(xué)生分組討論實(shí)施方案。把學(xué)生進(jìn)行分組,可以2~3人一組,討論實(shí)施具體方案,得出各小組的設(shè)計方案。
(4)硬件設(shè)計。根據(jù)項目設(shè)計目標(biāo)與設(shè)計方案在Proteus界面工作區(qū)中畫出電路圖。各小組方案不一樣,硬件設(shè)計圖有一些差別。
(5)軟件設(shè)計。將通過調(diào)試的程序加載到Proteus仿真電路的電路中,聯(lián)合調(diào)試。仿真調(diào)試通過后,學(xué)生在A ltium Designer軟件中繪制原理圖并設(shè)計PCB,制作實(shí)際產(chǎn)品,在實(shí)際硬件電路的制作與調(diào)試過程中既加深了對元器件的認(rèn)識,又鍛煉了學(xué)生使用儀器儀表的方法的技能。比如如何用萬用表區(qū)分?jǐn)?shù)碼管是共陰極還是共陽極。
(6)測試與評價。項目完成后,檢查項目的完成情況,展示學(xué)生的成果,學(xué)生與學(xué)生之間,學(xué)生與老師之間交流心得體會及經(jīng)驗(yàn)。最后教師總結(jié)并評價。在項目完成后,學(xué)生以項目組為單位,完成資料的編寫與整理工作。其中包括相關(guān)軟件和硬件的使用,比如Keil軟件、Proteus軟件、A1tium Designer等軟件的使用;萬用表、示波器等常用儀器儀表的使用;要求學(xué)生做PPT進(jìn)行匯報。這些工作的完成,可以加深項目設(shè)計的理解,還能提高文字排版、語言表達(dá)能力。
采用項目教學(xué)法進(jìn)行單片機(jī)課程教學(xué),激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和興趣,學(xué)生的自學(xué)能力及鉆研能力也得到了提高,鍛煉了實(shí)際工作能力,能較好地適應(yīng)企業(yè)需求。我校學(xué)生在2013年中國機(jī)器人大賽中獲一等獎一組、二等獎一組,在2014中國機(jī)器人大賽中獲一等獎一組、二等獎二組、三等獎二組。
以項目為載體的教學(xué)設(shè)計,引導(dǎo)學(xué)生在做中學(xué)、學(xué)中做,在完成具體工作任務(wù)的過程中完成對單片機(jī)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí),提升了學(xué)生的實(shí)踐動手能力,提高了課程的教學(xué)質(zhì)量。
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